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单调有界定理的证明

  • 单调有界定理的证明

利用Cauchy收敛原理证明:单调有界数列必收敛。

证: Cauchy收敛原理: 数列{xn}\{x_n\}收敛\Longleftrightarrowε>0,NN,s.t.n,m>N\forall \varepsilon>0,\exists N\in N^*,s.t. n,m>Nxnxm<ε|x_n-x_m|<\varepsilon .

反证法. 不妨设xnx_n单调递增有上界,假设它不收敛,根据 Cauchy收敛原理,ε0>0,NN(N1=1),\exists \varepsilon_0>0,\forall N\in N^*(取N_1=1),m1>n1>N1\exists m_1>n_1>N_1使得xm1xn1>ε0x_{m_1}-x_{n_1}>\varepsilon_0 ;

N2=m1,取N_2=m_1,m2>n2>N2\exists m_2>n_2>N_2使得xm2xn2>ε0x_{m_2}-x_{n_2}>\varepsilon_0 ;

\cdots\cdots

Nk=mk1,取N_k=m_{k-1},mk>nk>Nk\exists m_k>n_k>N_k使得xmkxnk>ε0x_{m_k}-x_{n_k}>\varepsilon_0 ;

\cdots\cdots

xmkxn1>kε0\Longrightarrow x_{m_k}-x_{n_1}>k\varepsilon_0limk+kε0=+\lim\limits_{k\rightarrow+\infty}k\varepsilon_0=+\infty

{xn}\Longrightarrow \{x_n\}无上界,矛盾。